學(xué)案磁感應(yīng)強(qiáng)度

8/8磁感應(yīng)強(qiáng)度【學(xué)習(xí)目標(biāo)】（1）認(rèn)識磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念及物理意義。（2）知道勻強(qiáng)磁場、磁通量的概念?！緦W(xué)習(xí)重點(diǎn)】理解磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向、大小、定義式和單位。【學(xué)習(xí)難點(diǎn)】進(jìn)一步體會(huì)如何通過比值定義法定義物理量?！緦W(xué)習(xí)過程】自主預(yù)習(xí)探新知知識梳理一、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向1．物理意義：描述磁場強(qiáng)弱和方向的物理量。2．小磁針靜止時(shí)N極所指的方向就是該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，簡稱為磁場方向。二、磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小1．控制變量法探究影響通電導(dǎo)線受力的因素如圖所示，三塊相同的蹄形磁鐵，并列放在桌上，直導(dǎo)線所在處的磁場認(rèn)為是均勻的。（1）保持長度不變，改變電流大小，觀察通電導(dǎo)線擺動(dòng)幅度大小來比較磁場力大小。（2）保持電流大小不變，改變磁場中導(dǎo)線長度，通過觀察通電導(dǎo)線擺動(dòng)輻度大小比較磁場力大小。（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場方向垂直時(shí)，它在同一磁場中所受磁場作用力F的大小，與電流I和導(dǎo)線長度L的乘積成正比。2．磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場垂直時(shí)，通電導(dǎo)線所受磁場的作用力F跟電流I和導(dǎo)線長度L的乘積IL之比稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度。3．公式：B＝eq\f(F,IL)4．單位：國際單位是特斯拉，簡稱特，國際符號是T，1T＝1eq\f(N,A·m)。三、勻強(qiáng)磁場1．勻強(qiáng)磁場：勻強(qiáng)磁場中某一區(qū)域內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向處處相同，則該區(qū)域的磁場叫勻強(qiáng)磁場。2．磁感線特點(diǎn)：勻強(qiáng)磁場的磁感線是一些間隔相同的平行直線。兩平行異名磁極之間的磁場、通電螺線管內(nèi)中間部分的磁場都可認(rèn)為是勻強(qiáng)磁場。四、磁通量1．定義：勻強(qiáng)磁場中有一個(gè)與磁場方向垂直的平面，磁感應(yīng)強(qiáng)度B和與面積S的乘積，即Φ＝BS。2．單位：國際單位制是韋伯，簡稱韋，符號是Wb，1Wb＝1T·m2．3．磁通密度：B＝eq\f(Φ,S)，表示磁感應(yīng)強(qiáng)度在數(shù)值上等于垂直磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位面積上的磁通量。基礎(chǔ)自測1．正誤判斷（正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”）（1）電流為I，長度為L的通電導(dǎo)線放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中受力的大小一定是F＝ILB． （×）（2）磁場中某處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小與有無小磁針無關(guān)，與有無通電導(dǎo)線也無關(guān)。 （√）（3）公式B＝eq\f(F,IL)說明B與F成正比，與IL成反比。 （×）（4）在勻強(qiáng)磁場中面積越大，磁通量一定越大。 （×）（5）磁通量不僅有大小而且有方向，所以是矢量。 （×）2．下列關(guān)于磁場中某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向的說法不正確的是（）A．該點(diǎn)的磁場的方向B．該點(diǎn)小磁針靜止時(shí)N極所指方向C．該點(diǎn)小磁針N極的受力方向D．該點(diǎn)小磁針S極的受力方向D[磁場方向?yàn)樾〈裴楴極受力方向，或者說小磁針靜止時(shí)N極所指方向，同時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度方向就是磁場的方向。]3．如圖所示，半徑為R的圓形線圈共有n匝，其中心位置處半徑為r的虛線范圍內(nèi)有勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直線圈平面。若磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則穿過線圈的磁通量為（）A．πBR2 B．πBr2C．nπBR2 D．nπBr2B[磁通量與線圈匝數(shù)無關(guān)，且磁感線穿過的面積為πr2，而并非πR2，故B正確。]合作探究攻重難考點(diǎn)1對磁感應(yīng)強(qiáng)度的理解情境引入助學(xué)助教磁場對通電導(dǎo)體也有力的作用，該力的方向是否為磁場方向？“一個(gè)電流元垂直放入磁場中的某點(diǎn)，磁感應(yīng)強(qiáng)度與電流元受到的磁場力成正比，與電流元成反比?！边@種說法是否正確，為什么？提示：不是磁場方向，二者垂直；這種說法不正確，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小是由磁場本身決定的，不隨電流元大小及電流元所受磁場力的大小的變化而變化。1．公式B＝eq\f(F,IL)是磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義式，是用比值法定義的，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小只決定于磁場本身的性質(zhì)，而與F、I、L均無關(guān)。2．在定義式B＝eq\f(F,IL)中，通電導(dǎo)線必須垂直于磁場方向放置。因?yàn)榇艌鲋心滁c(diǎn)通電導(dǎo)線所受力的大小，除和磁場強(qiáng)弱有關(guān)以外，還和導(dǎo)線的方向有關(guān)。導(dǎo)線放入磁場中的方向不同，所受磁場力也不相同。通電導(dǎo)線受磁場力為零的地方，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小不一定為零。3．通電導(dǎo)線所受磁場力的方向不是磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。4．磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義式也適用于非勻強(qiáng)磁場，這時(shí)L應(yīng)很短很短，IL稱作“電流元”，相當(dāng)于靜電場中的“點(diǎn)電荷”?！纠?】（多選）把一小段通電直導(dǎo)線垂直磁場方向放入一勻強(qiáng)磁場中，圖中能正確反映各量間關(guān)系的是（）BC[磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向由磁場自身決定，不隨F或IL的變化而變化，故B正確，D錯(cuò)誤；當(dāng)導(dǎo)線垂直于磁場放置時(shí)，有B＝eq\f(F,IL)，即F＝ILB，所以B不變的情況下F與IL成正比，故A錯(cuò)誤，C正確。]規(guī)律方法正確理解比值定義法（1）定義B＝eq\f(F,IL)是比值定義法，這種定義物理量的方法實(shí)質(zhì)就是一種測量方法，被測量點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與測量方法無關(guān)。（2）定義a＝eq\f(Δv,Δt)、E＝eq\f(F,q)也是比值定義法，被測量的物理量也與測量方法無關(guān)，不是由定義式中的兩個(gè)物理量決定的。eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])1．關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義式B＝eq\f(F,IL)，下列說法正確的是（）A．電流元IL在磁場中受力為F，則磁感應(yīng)強(qiáng)度B一定等于eq\f(F,IL)B．磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與IL成反比，與F成正比C．磁感應(yīng)強(qiáng)度就是電流元IL所受的磁場力F與IL的比值D．磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小是由磁場本身決定的，與檢驗(yàn)電流元無關(guān)D[若電流元IL不是垂直放置在磁場中時(shí)所受的磁場力為F，則磁感應(yīng)強(qiáng)度B不等于eq\f(F,IL)，A錯(cuò)誤；磁感應(yīng)強(qiáng)度與電流元受到的力的大小無關(guān)，與電流元也無關(guān)，故B、C錯(cuò)誤，D正確。]考點(diǎn)2對磁通量的理解情境引入助學(xué)助教若通過某面積的磁通量等于零，則該處一定無磁場，你認(rèn)為對嗎？提示：不對。磁通量除與磁感應(yīng)強(qiáng)度、面積有關(guān)外，還與環(huán)面和磁場夾角有關(guān)，當(dāng)環(huán)面與磁場平行時(shí)，磁通量為零，但仍能存在磁場。1．磁通量的計(jì)算（1）公式：Φ＝BS。適用條件：①勻強(qiáng)磁場；②磁場與平面垂直。（2）若磁場與平面不垂直，應(yīng)為平面在垂直于磁感線方向上的投影面積，Φ＝BScosθ式中Scosθ即為平面S在垂直于磁場方向上的投影面積，也稱為“有效面積”（如圖所示）。2．磁通量的正、負(fù)（1）磁通量是標(biāo)量，但有正、負(fù)，若以磁感線從某一面上穿入時(shí)磁通量為正值，則磁感線從此面穿出時(shí)即為負(fù)值。（2）若同時(shí)有磁感線沿相反方向穿過同一平面，且正向磁通量大小為Φ1，反向磁通量大小為Φ2，則穿過該平面的合磁通量Φ＝Φ1－Φ2．3．磁通量的變化量（1）當(dāng)B不變，有效面積S變化時(shí)，ΔΦ＝B·ΔS。（2）當(dāng)B變化，S不變時(shí)，ΔΦ＝ΔB·S。（3）B和S同時(shí)變化，則ΔΦ＝Φ2－Φ1，但此時(shí)ΔΦ≠ΔB·ΔS。【例2】如圖所示，有一個(gè)垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.8T，磁場有明顯的圓形邊界，圓心為O，半徑為10cm，現(xiàn)在在紙面內(nèi)先后放上圓線圈A、B和C（圖中未畫出），圓心均在O處，A線圈的半徑為1cm，共10匝；B線圈的半徑為2cm，只有1匝；C線圈的半徑為0.5cm，只有1匝。（1）在磁感應(yīng)強(qiáng)度B減為0.4T的過程中，A和B線圈中的磁通量改變了多少？（2）在磁場方向轉(zhuǎn)過30°角的過程中，C線圈中的磁通量改變了多少？[解析]（1）對A線圈，有Φ1＝B1πreq\o\al(2,A)，Φ2＝B2πreq\o\al(2,A)故A線圈的磁通量的改變量為ΦA(chǔ)＝|Φ2－Φ1|＝（0.8－0.4）×3.14×10－4Wb＝1.256×10－4WbB線圈的磁通量的改變量為ΦB＝（0.8－0.4）×3.14×（2×10－2）2Wb＝5.024×10－4WB．（2）對C線圈，Φ1＝Bπreq\o\al(2,C)磁場方向轉(zhuǎn)過30°角，線圈在垂直于磁場方向的投影面積為πreq\o\al(2,C)cos30°，則Φ2＝Bπreq\o\al(2,C)cos30°故磁通量的改變量為ΔΦC＝Bπreq\o\al(2,C)（1－cos30°）＝0.8×3.14×（5×10－3）2×（1－0.866）Wb＝8.4×10－6WB．[答案]（1）1.256×10－4Wb5.024×10－4Wb（2）8.4×10－6Wb規(guī)律方法磁通量大小的分析與判斷1．定量計(jì)算通過公式Φ＝BS來定量計(jì)算，計(jì)算磁通量時(shí)應(yīng)注意的問題：（1）明確磁場是否為勻強(qiáng)磁場，知道磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。（2）平面的面積S應(yīng)為磁感線通過的有效面積。當(dāng)平面S與磁場方向不垂直時(shí)，應(yīng)明確所研究的平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的夾角，準(zhǔn)確找出垂直面積。（3）線圈的磁通量及其變化與線圈匝數(shù)無關(guān)，即磁通量的大小不受線圈匝數(shù)的影響。2．定性判斷磁通量是指穿過線圈面積的磁感線的“凈條數(shù)”，當(dāng)有不同方向的磁場同時(shí)穿過同一面積時(shí)，此時(shí)的磁通量為各磁場穿過該面磁通量的代數(shù)和。eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])2．如圖所示的磁場中與磁場垂直放置兩個(gè)面積相同的閉合線圈S1、S2，由圖可知穿過線圈S1、S2的磁通量大小關(guān)系正確的是（）A．穿過線圈S1的磁通量比較大B．穿過線圈S2的磁通量比較大C．穿過線圈S1、S2的磁通量一樣大D．不能比較A[穿過線圈S1的磁感線條數(shù)多，故穿過線圈S1的磁通量比較大，選項(xiàng)A正確。]當(dāng)堂達(dá)標(biāo)固雙基1．磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是特斯拉（T），與它等價(jià)的是（）A．eq\f(N,A·m) B．eq\f(N·A,m)C．eq\f(N·A,m2) D．eq\f(N,A·m2)A[當(dāng)導(dǎo)線與磁場方向垂直時(shí)，由公式B＝eq\f(F,IL)知，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位由F、I、L的單位決定，在國際單位制中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是特斯拉，符號是T，則1T＝1eq\f(N,A·m)。]2．磁場中任一點(diǎn)的磁場方向，是指小磁針在磁場中（）A．受磁場力的方向B．北極所受磁場力的方向C．南極所受磁場力的方向D．北極所指的方向B[磁場中某一點(diǎn)的磁場方向規(guī)定為小磁針N極的受力方向，或小磁針靜止時(shí)N極所指的方向，與S極受力方向相反，故B對，A、C、D錯(cuò)。]3．關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電流I、導(dǎo)線長度L和電流所受磁場力F的關(guān)系，下面的說法中正確的是（）A．在B＝0的地方，F(xiàn)一定等于零B．在F＝0的地方，B一定等于零C．若B＝1T，I＝1A，L＝1m，則F一定等于1ND．若L＝1m，I＝1A，F(xiàn)＝1N，則B一定等于1TA[應(yīng)用公式B＝eq\f(F,IL)或F＝IBL時(shí)要注意導(dǎo)線必須垂直于磁場方向放置。故B、C、D選項(xiàng)錯(cuò)，應(yīng)選A。]4．如圖所示，通電直導(dǎo)線右邊有一個(gè)矩形線框，線框平面與直導(dǎo)線共面，若使線框逐漸遠(yuǎn)離（平動(dòng)）通電導(dǎo)線，則穿過線框的磁通量將（）A．逐漸增大 B．逐漸減小C．保持不變 D．不能確定B[離